摘　要：針對某電廠擬將純凝式發電機組改造成熱電機組工程，提出3種熱源方案：方案1：配置溴化鋰吸收式熱泵(回收用于帶動汽動給水泵的小汽輪機凝汽器冷卻水余熱)與汽—水換熱器；方案2：配置溴化鋰吸收式熱泵(回收熱電機組汽輪機乏汽余熱)與汽—水換熱器：方案3：配置汽—水換熱器，單純利用熱電機組汽輪機抽汽加熱熱網回水。對3種熱源方案進行了技術經濟性比較，方案1的技術經濟性突出。

關鍵詞：熱電聯供；  溴化鋰吸收式熱泵；  熱電廠

Comparison among Heat Source Schemes Using Absorption Heat Pump for Recovering Waste Heat from Thermal Power Plant

Abstract：For a planned project of transforming condensing turbo-generator set into thermal power unit in a power plant，three kinds of heat source schemes are put forward．Scheme l is to equip the lithium bromide absorption heat pump(recovering waste heat from cooling water in small steam turbine condenser used to drive the steam feed pump)and the steam-water heat exchanger．Scheme 2 is to equip the lithium bromide absorption heat pump(recovering steam exhaust waste heat from thermal power unit steam turbine)and steam-water heat exchanger．Scheme 3 is to equip the steam-water heat exchangers，and the extraction steam from thermal power unit steam turbine is merely used to heat the return water in heat-supply network．The three kinds of heat source schemes are compared technically and economically，and the scheme l is outstanding in terms of technology and economy．

Keywords：heat and power cogeneration；lithium bromide absorption heat pump；thermal power plant

1　工程概況

某電廠擬將2×330MW純凝式發電機組改造為熱電機組，并采用溴化鋰吸收式熱泵機組(以下簡稱熱泵機組)^[1]回收利用工藝余熱，實現供熱面積400×10⁴m²。設計供暖熱負荷為232MW，設計供、回水溫度為120、65℃，供熱介質質量流量為3627t／h。改造后，熱電機組汽輪機抽汽壓力為0.4MPa，溫度為231.3℃。

熱電廠蒸汽鍋爐給水泵(汽動給水泵)由小汽輪機驅動，小汽輪機驅動蒸汽來自發電機組汽輪機抽汽。熱泵機組的驅動蒸汽為發電機組汽輪機抽汽^[2]，熱泵機組的低溫熱源可分別選用小汽輪機凝汽器冷卻水、發電機組汽輪機乏汽。本文根據熱泵機組兩種低溫熱源設計兩種熱源方案，與傳統熱電聯供方案(熱網回水直接經汽—水換熱器升溫后供熱，汽—水換熱器熱源來自發電機組汽輪機抽汽)進行技術經濟性比較。

2　熱源方案

①方案1

發電機組汽輪機抽汽作為熱泵機組驅動蒸汽，低溫熱源為小汽輪機凝汽器冷卻水余熱。方案1的系統流程見圖1。系統流程可分為3個分項流程：a．熱網循環水流程：熱網回水65℃，經熱泵機組加熱至88℃后，進入汽—水換熱器加熱至l20℃作為熱網供水。b．發電機組汽輪機抽汽流程：不考慮小汽輪機用汽，發電機組汽輪機抽汽分為兩部分，一部分作為熱泵機組驅動蒸汽，另一部分進入汽—水換熱器加熱熱網回水，兩部分凝結水溫度均為95℃，并由汽動給水泵加壓輸送回蒸汽鍋爐。c．凝汽器冷卻水流程：小汽輪機凝汽器出口冷卻水溫度為51℃，作為熱泵機組低溫熱源，余熱利用后溫度降至42．7℃，經冷卻塔進一步降溫后(冷卻塔出水溫度為37.5℃)進入凝汽器。

方案1的運行策略為：初末寒期采用熱泵機組單獨供熱，汽—水換熱器不啟動，當熱泵機組出水溫度不能滿足要求時，啟動汽—水換熱器對熱泵機組出水進行加熱。配置4臺制熱能力為24.25MW的熱泵機組，3臺換熱能力為45MW的汽—水換熱器。設計條件下(室外溫度為-22℃)，方案1單臺熱泵機組運行參數見表1。

②方案2

方案2的系統流程見圖2。進入熱泵機組的乏汽由發電機組汽輪機乏汽母管引出，乏汽支管安裝真空電動蝶閥，調節進入熱泵機組的乏汽量，剩余乏汽進入空冷島(集中設置空氣凝汽器)。根據汽輪機生產廠家提供的冬季汽輪機額定工況熱平衡圖，確定進入熱泵機組的乏汽壓力為12.5kPa，溫度為50.3℃，質量流量為31.19t／h。

由于熱泵機組低溫熱源為乏汽，熱泵機房宜設置在空冷島附近，且機房占地面積不宜過大，選擇2臺制熱能力為48.5MW的熱泵機組，3臺換熱能力為45MW的汽—水換熱器。方案2的運行策略與方案1一致，設計條件下(室外溫度為-22℃)，方案2單臺熱泵機組運行參數見表2。

③方案3

方案3為傳統熱電聯供方案，熱網回水直接經汽—水換熱器升溫后為熱用戶供熱，汽—水換熱器熱源來自發電機組汽輪機抽汽。發電機組汽輪機抽汽壓力為0.4MPa，韞度為231.3℃，抽汽量隨室外溫度進行調整。

3　技術經濟性比較

3.1　經濟性比較

①對單位發電量煤耗的影響

供暖期按180d計算，供熱系統采用分階段改變流量的質調節方式。單位發電量煤耗(發電煤耗為總煤耗扣除發電機組汽輪機抽汽熱量折算煤耗、熱泵機組回收的小汽輪機排汽余熱折算煤耗、發電機組汽輪機乏汽余熱折算煤耗)隨供暖期各階段室外平均溫度的變化見圖3。由圖3可知，由于方案1、2利用了工藝余熱，單位發電量煤耗明顯小于方案3。方案1、2的單位發電量煤耗非常接近，由于乏汽余熱品質略高于小汽輪機凝汽器冷卻水，因此方案2的單位發電量煤耗略低于方案1。

②整體經濟性比較

3種方案的造價見表3，供暖期能耗量見表4。

3種方案年運行費用見表5。水價按2元／t計算，電價按0.3707元/(kW·h)計算，蒸汽熱價按18元／GJ計算。由表3可知，方案1的系統造價最高，其次為方案2，方案3的系統造價最低。由表5可知，方案2的年運行費用最低，其次為方案1，方案3的年運行費用最高。將方案3作為對比方案，方案1、2高出的系統造價，分別在2.8、2.4a時可以收回。考慮年運行費用，方案1、2的整體經濟性優于方案3，且方案1、2的差距不大。

3.2　技術性分析

①熱泵機房選址

對于方案1，熱泵機組回收利用小汽輪機凝汽器冷卻水余熱，由于冷卻水可較遠距離輸送，因此熱泵機房選址靈活。

對于方案2，熱泵機組回收利用發電機組汽輪機部分乏汽的余熱，但乏汽不宜較長距離輸送，熱泵機房需布置在空冷島附近，加之空冷島附近地下管線較多，熱泵機房的選址受限，且對空冷島氣流流場有一定影響。

②對發電功率的影響

對于方案1，為增大余熱回收量，冬季可采取適當提高小汽輪機背壓的方法。雖然小汽輪機耗汽量略有增加，但對發電機組的發電功率影響不大。

對于方案2，乏汽壓力對發電機組發電功率的影響較大，通常乏汽壓力每升高5kPa，發電機組的發電功率下降約1.9％，熱耗增加約1.7％。冬季，在滿足空氣凝汽器防凍要求的前提下，通常采取降低乏汽壓力運行，這樣可有效降低發電機組熱耗，但這樣易導致熱泵機組余熱回收量大幅降低。由于熱泵機組僅回收部分乏汽的余熱，若僅為了滿足熱泵機組對低溫熱源的需求而提高乏汽壓力，將導致整個系統的經濟性下降。

3.3　綜合分析結果

綜上分析，推薦選用方案1。

4　純論

①火力發電廠的工藝余熱豐富，利用溴化鋰吸收式熱泵機組進行余熱回收實施集中供熱時，應根據集中供熱的特點，進行技術經濟性比較，選擇適宜的余熱利用方案，應盡可能降低對原生產工藝的影響。

②供熱規模較大時，可考慮選取熱泵機組回收利用發電機組汽輪機乏汽余熱的方案；供熱規較小時，宜選取回收小汽輪機凝汽器冷卻水余熱方案。

參考文獻：

[1]金樹梅．吸收式熱泵供熱系統的應用及經濟性分析[J]．煤氣與熱力，2010，30(1)：A04-A06．

[2]趙欣剛，張志清，劉永風．熱電廠汽輪機帶動鍋爐給水泵技術經濟性分析[J]．煤氣與熱力，2009，29(2)：A01-A04．

本文作者：許國春  丁艷輝

作者單位：中國市政工程華北設計研究總院